Закономерности распространения ударных волн в замкнутом пространстве при различных условиях начального давления

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 14352 (2022) Цитировать эту статью

2906 Доступов

Подробности о метриках

В данной работе разработан взрывной сосуд с регулируемым начальным давлением и исследовано влияние отрицательного давления, положительного давления (0,2–1,8 атм) и различного начального давления окружающей среды на взрывную ударную волну, генерируемую взрывом взрывчатых веществ. Проанализированы зависимости между удельным импульсом, скоростью ударной волны, количеством взрывоопасных газовых продуктов и давлением окружающей среды для различных начальных давлений. Было обнаружено, что: избыточное давление взрывной ударной волны уменьшается с ростом начального давления окружающей среды взрыва, и существует среда отрицательного давления с резким падением давления около 0,6 атм, определяемая как сверхчувствительное отрицательное давление Pcr. Скорость распространения взрывной волны увеличивается с уменьшением окружающего давления, причем скорость распространения при давлении 1,8 атм в четыре раза меньше скорости при давлении 0,2 атм. Производство взрывоопасной газовой продукции не изменилось. Чем больше начальное давление среды, в которой находится взрывчатое вещество, тем меньше отношение газа, образующегося при взрыве, к начальному силовому газу во взрывной камере и тем больше влияние на распространение ударных волн. Максимальное затухание первого удельного импульса i1 составляет 72,97%, а максимальное затухание второго удельного импульса i2 составляет 72,39%. Эксперименты предоставляют справочные данные для высотного военного противостояния, разработки высотного оружия и боеприпасов, а также разработки глубоководной защиты.

Взрывчатые вещества в воздухе при взрыве мгновенно производят продукты взрыва с высокой температурой и высоким давлением и сильно сжимаются вокруг него, образуя слой сжатой границы раздела, то есть фронт ударной волны. При этом происходит образование разреженных волн внутри продуктов взрывной волны, от границы раздела взрывной волны с воздухом до центра распространения взрывной волны. Поскольку продукты взрыва и ударные волны продолжают распространяться вперед, то когда продукт взрыва достигнет предела объема, продукт взрыва перестанет расширяться, ударные волны можно считать отдельными от продуктов взрыва.

Взрывоопасные продукты воздействуют и сжимают воздух вокруг источника взрыва, в результате чего на определенном расстоянии от центра заряда давление ударных волн никогда не нарушает внезапное состояние, что приводит к большому положительному давлению, образующему зону положительного давления. С увеличением времени распространения воздух за фронтом ударной волны начинает расширяться, что приводит к непрерывному спаду давления, в результате чего образуется зона отрицательного давления ниже начального давления. В процессе свободного распространения ударных волн интенсивность волн будет постепенно затухать с увеличением расстояния распространения и, наконец, затухать до звуковых волн. Кривая давления и времени процесса его распространения представлена ​​на следующем рисунке.

Временная кривая типичного избыточного давления ударной волны.

Взрывчатые вещества в свободном поле, взрыв высокой температуры и высокого давления газа в одно мгновение. Продукты взрыва будут бурно распространяться во все стороны и сжимать окружающий воздух, образуя ударные волны. По сравнению с открытым свободным пространством состояние распространения ударных волн в замкнутом пространстве намного сложнее, накладываются множественные отражения, а создаваемое пиковое давление значительно увеличивается. Воздействие ударных волн, возникающих при взрыве, на различные объекты измеряется главным образом пиковым избыточным давлением ∆p, удельной скоростью распространения i-го импульса u и другими параметрами. Обычно считается, что взрывной взрыв представляет собой повреждение в виде ударных волн. Взаимосвязь между пиковым давлением, удельным импульсом и скоростью распространения ударных волн. С целью выяснения, выявления закономерностей распространения ударных волн и механизма повреждения отечественными и зарубежными учеными проведено большое количество экспериментальных и теоретических исследований и выдвинуты ряд полуэмпирических формул для расчета избыточного давления ударных волн1,2,3,4.